Thí nghiệm bài toán Olympic Vật lý

69

vật lý đã được ban giám khảo tuyên bố lời giải. Tên các học sinh đạt giải cấp Bằng I, II, III được ghi ở trang 73 số này. Nhiều người tham gia Olympic được nhận nhiều chứng chỉ và giải thưởng khác nhau. Giải đặc biệt - bìa tạp chí «Kvant» năm 1976 với tác giả là tổng biên tập tạp chí, Viện sĩ I.K. Kikon - được tiếp nhận bởi B. Barptsev (học sinh lớp 8 trường cela Uspenovka Kyrgyzstan). Đăng ký tạp chí «Kvant» cho năm 1978 bao gồm A. Abolny (Riga), G. Vajakas (Tartu), I. Gusev (Vorkuta), V. Pivovarov (Krasnoirsk) và V. Tauraimis (Vilnius).

Theo nghị định của Bộ Giáo dục Liên Xô về việc tổ chức Kỳ thi Olympic toàn Liên minh dành cho học sinh, những người chiến thắng trong Kỳ thi Olympic toàn Liên minh lần thứ XI, có Bằng cấp I và II, được quyền tham gia giai đoạn cuối của Olympic Toàn Liên minh lần thứ XII.

Các học sinh lớp 10 A. Ganopolsky, V. Reshetov, K. Tremyachenko, R. Sharipov và V. Shukin đã trở thành thí sinh tham dự Kỳ thi Olympic Vật lý Quốc tế lần thứ X dành cho học sinh diễn ra năm nay tại thành phố Hradec Kralové (Tiệp Khắc). Chúng tôi sẽ nói về Olympic này trong một trong những số tiếp theo của tạp chí của chúng tôi.

Bồi thẩm đoàn đang họp.

Một thí nghiệm đang được tiến hành.

P.Dick

Thí nghiệm bài toán Olympic Vật lý

Vào ngày 17 tháng 4, một vòng thử nghiệm giai đoạn cuối của Kỳ thi Olympic Vật lý học sinh toàn Liên đoàn lần thứ XI đã diễn ra tại phòng thí nghiệm của Khoa Vật lý, Đại học Bang Kyrgyzstan. Mỗi người tham gia Olympic được yêu cầu giải hai câu bài toán thí nghiệm. Hãy nói về những vấn đề này và giải pháp của họ.

lớp 8

Bài toán 1. Xác định khối lượng riêng của kim loại có trong một trong hai miếng plastamine, nếu biết khối lượng plastamine ở hai miếng chung là như nhau. Đánh giá sức mạnh của việc đạt được kết quả. Không được phép tách kim loại từ nhựa.

Thiết bị: 1) quả cân có tạ, 2) cốc nước, 3) tem.

Sử dụng cân có trọng lượng, bạn có thể xác định khối lượng của một miếng nhựa dẻo với kim loại ($m_{\pi\pi}+m_{\mu}$), khối lượng nhựa nguyên chất ($m_{\pi\pi}$) và bằng sự khác biệt của chúng, khối lượng kim loại ($m_{\mu}$) được tìm thấy trong một trong các mảnh nhựa dẻo. Bằng cách nâng những mảnh nhựa này trước tiên trong không khí và sau đó trong nước, bạn có thể tìm thấy lực nhô ra và khi biết mật độ của nước, bạn có thể tính được thể tích của các mảnh ($V_{\pi\pi}+V_{\mu}$ và $V_{\pi\pi}$). Thể tích của kim loại ($V_{\mu}$) có thể được xác định bằng sự chênh lệch giữa các thể tích này. Khi đó khối lượng riêng của kim loại

$$\rho_{\mu}=\frac{m_{\mu}}{V_{\mu}}.$$

Có hai lựa chọn: trong một số mảnh plastine, tìm một mảnh plastine nguyên chất có khối lượng bằng khối lượng plastine trong mảnh composite, người ta sẽ cho projectilin (với số lượng không xác định). Trong trường hợp này, đối với lời giải bài toán cần lấy một miếng nhựa nguyên chất, khối lượng của nó bằng khối lượng ($m$) của miếng composite (thể tích $V$) và xác định thể tích của nó ($V_0$). Mật độ của kim loại có thể được xác định bằng cách

70

bằng cách ghép hệ thống bốn điều khiển sau đây với bốn ẩn số ($\rho_M, \rho_{II}, V_M$ và $V_{III}$):

$$\begin{align*} m &= \rho_{II} V_{III} + \rho_M V_M \\ V &= V_{III} + V_M \\ V_0 &= V_{III} + \frac{\rho_M}{\rho_{II}} V_M \\ \rho_{III} &= \frac{m}{V_0}. \end{align*}$$

Bài toán 2. Dùng hai máy đo đường kính và hai thước đo xác định khả năng xảy ra mạch cơ và thông số của các phần tử linh kiện trong hộp (Hình 1) mà không cần mở ra.

Ghi chú. Không được phép nhô ra đầu dây và khoảng cách của chúng bằng lực, vượt quá số đọc tối đa của máy đo đường kính.

bài toán này với một “hộp đen” đã được nhiều học sinh Olympic giải quyết. Bên trong hộp có một mạch cơ học bao gồm một đòn bẩy chuyển động tự do, một lò xo và bốn dây dẫn có tiếng kêu ở hai đầu (Hình 2). Có thể làm sáng tỏ sơ đồ này bằng cách so sánh xen kẽ việc trộn các đầu dây với một trong số chúng đứng yên.

Lúc đầu, để đầu $A$ đứng yên và đầu $D$ dịch chuyển sang phải chẳng hạn $\Delta x_D = 2$ cm. Trong trường hợp này, đầu $B$ cũng dịch chuyển sang phải, nhưng một lượng $\Delta x_B = 3$ cm, và đầu $C$ chuyển động bất động. Nếu bạn để đầu $B$ bất động và đầu $D$ được di chuyển $\Delta x_D = 1$ cm, thì đầu $A$ và $C$ sẽ di chuyển theo cùng một hướng, nhưng bằng $\Delta x_A = \Delta x_C = 3$ cm. Nếu bạn để hai đầu bất động cùng một lúc: $A$ và $B$ (có thể giữ thước giữa các lần gọi tương ứng), thì hai đầu $D$ và $C$ sẽ không di chuyển theo bất kỳ cách nào. Nhưng nếu đồng thời đầu $C$ được gắn trực tiếp vào cần gạt và đầu $C$ được gắn qua một lò xo. Những thay đổi cụ thể giúp xác định sự tuân thủ của diện tích đòn bẩy, độ cứng của lò xo và độ giãn tối đa cho phép của nó.

lớp 9

Bài toán 1. Xác định thể tích không khí được bơm Komovsky loại bỏ trong một chu trình và áp suất khí quyển.

Thiết bị: 1) Bơm Komovsky, 2) gạc chân không có nắp, 3) đồng hồ đo áp suất, 4) thước kẻ, 5) bảng toán.

Sử dụng thước kẻ, bạn có thể thay đổi đường kính bên trong và chiều cao trung bình của mui xe và xác định thể tích $V_0$ của không khí bên dưới mui xe.

Chúng ta hãy biểu thị áp suất khí quyển bằng $p_0$, áp suất dưới mui xe sau vòng quay đầu tiên của tay cầm bơm là $p_1$ và thể tích không khí loại bỏ trên mỗi vòng quay là $\Delta V$. Sau đó, khi tay cầm được quay chậm (khi nhiệt độ không khí không thay đổi), sự tương ứng sau sẽ được thực hiện:

$$p_0 V_0 = p_1 (V_0 + \Delta V).$$

Sau cuộc cách mạng thứ hai, chúng ta có thể viết một đẳng thức tương tự:

$$p_1 V_0 = p_2 (V_0 + \Delta V).$$

Về nguyên tắc, từ hai bộ điều khiển này, người ta có thể tìm thấy áp suất khí quyển $p_0$ và thể tích $\Delta V$ của không khí bị loại bỏ trên mỗi vòng quay. Tuy nhiên, thực tế là bất tiện khi thay đổi áp suất không khí sau mỗi vòng quay ($p_1$ khác rất ít so với $p_2$). Áp suất tốt nhất thay đổi sau khi thay đổi thành $n$ vòng quay và tạo ra hệ thống điều khiển phù hợp:

$$\begin{align*} p_0 V_0^k &= p_k (V_0 + \Delta V)^k \\ p_0 V_0^n &= p_n (V_0 + \Delta V)^n. \end{align*}$$

Từ đây

$$V_0^{n-k} = \frac{p_n}{p_k} (V_0 + \Delta V)^{n-k}.$$

Progolaarithmic điều khiển này, người ta có thể tìm thấy $\Delta V$ và sau đó $p_0$.

Bài toán 2. Nhiệm vụ thứ hai đối với học sinh mẫu giáo cũng như học sinh trung học là bài toán với “hộp đen”. Chỉ trong trường hợp này, bố cục bên trong hơi khác một chút (Hình 3) và các đầu $B$ và $D$ được gắn bản lề vào cần gạt.

lớp 10

Bài toán 1. Xác định chỉ số tiền khử chất lỏng càng ít càng tốt.

Thiết bị: 1) bình đựng chất lỏng, 2) bình thủy tinh,

Hình 1.

Hình 2.

71

Chất lỏng là một bản phẳng song song, khoảng cách $d_2$ từ bóng đèn đến thấu kính có thể viết như sau:

$$d_2 = (d_1 - l) + \frac{l}{n},$$

trong đó $l$ là chiều rộng của lồng, $n$ là chiết suất mong muốn của chất lỏng. Khi đó từ công thức thấu kính:

$$\frac{1}{d_2} + \frac{1}{f_2} = \frac{1}{F}$$

($f_2$ là khoảng cách mới từ thấu kính đến màn), bạn có thể tìm được chiết suất $n$.

6. Bạn có thể xác định chiết suất bằng cách lắp ráp sơ đồ như trong Hình 5. Một tia sáng truyền qua một khe hẹp trên màn hứng một góc nhỏ $\alpha$ lên một tấm phẳng song song (một ống chứa chất lỏng đang nghiên cứu) và bị khúc xạ tương ứng. Bằng cách đo $|AB|$ và $|CD|$, chúng ta có thể tìm được chiết suất $n$:

$$n = \frac{|CD|}{|AB|}.$$

Nhiệm vụ 2. Xác định số thông số chất lỏng tối đa có thể bằng cách sử dụng các thiết bị sau: 1) bình chứa chất lỏng, 2) cốc thủy tinh, 3) bamarayka, 4) ampe kế, 5) vôn kế, 6) lực kế, 7) khối có điện cực, 8) công tắc, 9) kẹp cao su, 10) thước kẻ, 11) đoạn dây, 12) quả cân.

Sử dụng thiết bị này, có thể xác định mật độ, hệ số sức căng bề mặt và điện trở suất của chất lỏng đang nghiên cứu. Để xác định mật độ tác động, trọng lượng và lực kế. Hệ số sức căng bề mặt có thể được đo bằng lồng dây và kẹp cao su. Độ cứng của cái sau có thể dễ dàng tìm thấy bằng cách sử dụng lực kế và thước kẻ. Thiết bị còn lại cho phép bạn xác định điện trở suất của một dung dịch nhất định.

Tóm lại, tôi muốn lưu ý rằng nhiều người tham gia Olympic Vật lý Thế giới lần thứ XI đã thể hiện kỹ năng và khả năng tốt khi thực hiện công việc thí nghiệm, thậm chí một số còn tỏ ra khéo léo, khéo léo.